Farklı uzunluktaki bazlarda ticari GPS yazımlarının Bernesse yazılımı ile karşılaştırılmas

(1)

T.C

SELÇUK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

JEODEZİ VE FOTOGRAMETRİ ANABİLİM DALI

YÜKSEK LİSANS TEZİ

FARKLI UZUNLUKTAKİ BAZLARDA

TİCARİ GPS YAZIMLARININ

BERNESSE YAZILIMI İLE KARŞILAŞTIRILMASI

Hazırlayan Ömer SALGIN

Danışman Prof. Dr. Cevat İNAL

(2)

ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

FARKLI UZUNLUKTAKİ BAZLARDA TİCARİ GPS YAZIMLARININ

BERNESSE YAZILIMI İLE KARŞILAŞTIRILMASI

Jeodezi ve Fotogrametri Müh. Ömer SALGIN

Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü

Jeodezi ve Fotogrametri Anabilim Dalı

Danışman Prof. Dr. Cevat İNAL 2007, 93 Sayfa

Jüri: Prof.Dr.Cevat İNAL

Yrd.Doç.Dr.Özşen ÇORUMLUOĞLU Yrd.Doç.Dr.Ayhan CEYLAN

15 Temmuz 2005 tarihinde “Büyük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliği”nin yürürlüğe girmesiyle, GPS tekniği jeodezik çalışmalarda yaygın olarak kullanılır olmuştur.

GPS ile arazide toplanan datalar büroda yazılımlar yardımıyla değerlendirilir. GPS değerlendirme yazılımları genel anlamda amaçlarına yönelik olarak, bilimsel ve ticari değerlendirme yazılımları olarak iki sınıfa ayrılır.

(3)

Bu çalışmada, Ankara Sabit GPS İstasyonu Noktası (ANKR) ile Gebze’deki Tubitak Sabit GPS İstasyon Noktaları (TUBI) arasındaki farklı uzunluktaki 6 adet Türkiye Ulusal Temel GPS Ağı (TUTGA) noktasında GPS ile ölçüler yapılmıştır. Uzunluklar 16 km. ile 298 km. arasında değişmektedir. 13 bazda Topcon Hiper Plus alıcıları ile 30 saniye epok aralığında 6 saat süre ile data toplanmıştır. Toplanan datalar Leica Geo Office (LGO 5.0), Trimble Total Control (TTC 2.7), Pinnacle (1.0) ticari yazılımları ve Bernesse (4.0) bilimsel yazılım ile 2, 4, 6 saatlik projeler bazında değerlendirilmiştir. Değerlendirme sonucunda elde edilen baz bileşenleri (∆X, ∆Y, ∆Z) gerçek değerler ile karşılaştırılmıştır.

Karşılaştırma sonucunda yeni nesil ticari yazılımların gelişmiş parametreler ile kullanıldığında, bilimsel yazılımlar kadar iyi sonuçlar verebileceği görülmüştür.

(4)

ABSTRACT

MS Thesis

Comparison Of Bernesse Software With Commercial GPS Softwares For

Bases In Different

Ömer SALGIN

Selçuk University

Graduate School of Naturel and Applied Sciences Department of Geodesy and Photogrammetry

Supervisor: Prof. Dr. Cevat İNAL 2007, Pages: 93

Jury: Prof.Dr.Cevat İNAL

Yrd.Doç.Dr.Özşen ÇORUMLUOĞLU Yrd.Doç.Dr.Ayhan CEYLAN

GPS technique has been widely used with coming into force of the “Regulations of Big Scale Map and Map Information Production” on 15 May, 2005.

Gathered field data with GPS is evaluated by softwares in the office. In general, GPS evaluation softwares are classified into two based on their objectives, which are scientific and commercial.

In this thesis study, observations were made in different length of six points belong to Turkish National Fundamental GPS Network (TNFGN) between Continuously Operating GPS Station in Ankara (ANKR) and Continuously Operating GPS Station of Tubitak in Gebze (TUBI). Distances are differentiating between 16 km and 298 km. With Topcon Hiper Plus, 30 seconds epoch interval and 6 hours duration GPS data were

(5)

collected at 13 base station. These observations were evaluated commercial softwares of Leica Geo Office (LGO 5.0), Trimble Total Control (TTC 2.7), Pinnacle (1.0) and academic sotftware of Bernesse (4.0) at 2, 4 and 6 hours projects. At the end of the evaluation, obtained base components (∆X, ∆Y, ∆Z) were compared with real values.

As a consequence of comparison, it has been seen that the new generation commercial softwares can give as good results as academic software’s when using developed parameters.

(6)

TEŞEKKÜR

Lisans ve Yüksek Lisans eğitimimdeki çalışmalarımda ve tezimin hazırlanmasında bilgi ve hoşgörüsüyle yardımlarını ve yönlendirmelerini esirgemeyerek büyük bir özveri sarfeden değerli hocam Sayın Prof. Dr. Cevat İNAL’a, Selçuk Üniversitesi’nde Yüksek Lisans yapmama olanak sağlayan ve ders döneminde bana bilgileriyle kendimi geliştirmemde emekleri geçen tüm hocalarıma, bu günlere gelmemde fedakarlıklarını ve sevgilerini esirgemeyen Tapu ve Kadastro Genel Müdürlüğü Jeodezi Şubesindeki değerli mesai arkadaşlarıma, manevi desteği ile beni yalnız bırakmayan sevgili eşim Nihal SALGIN’a ve oğlum Yunus Eren SALGIN’a teşekkürü bir borç bilirim.

Ömer SALGIN Jeodezi ve Fotogrametri Mühendisi

(7)

İÇİNDEKİLER ÖZET...i ABSTRACT... iii TEŞEKKÜR ...v İÇİNDEKİLER ...vi ŞEKİL LİSTESİ...x

TABLO LİSTESİ ... xii

KISALTMALAR ...xv

1. GİRİŞ ...1

2.UYDU SİSTEMLERİ ...3

2.1. GLONASS(Global Navigation Satellite System )...3

2.2. Galileo Uydu Sistemi...4

2.3. DORIS Sistemi...6

2.4. PRARE Sistemi...6

2.5.TOPEX/POSEIDON Sistemi...7

2.6.VLBI Tekniği...7

2.7.SLR Tekniği...8

2.8. GPS (Global Positioning System)...9

2.8.1. GPS hakkında genel bilgiler ...9

2.8.2. GPS sisteminin yapısı ...10

(8)

2.8.3 GPS sisteminin bölümleri ...11

2.8.4.GPS ' te kullanılan ölçüler ...15

2.8.4.1.Kod ölçüleri ...16

2.8.4.2 Taşıyıcı faz ölçüleri...18

3.GPS ÖLÇÜLERİ İLE KONUM BELİRLEME...20

3.1.Mutlak (Absolute) Konum Belirleme ...20

3.2.Bağıl (Relative) Konum Belirleme ...20

3.2.1.Bir kez fark alınmış (single difference) gözlem denklemleri ...20

3.2.2.İki kez fark alınmış (double difference) gözlem denklemleri...21

3.2.3.Üç kez fark alınmış (triple difference) gözlem denklemleri...21

3.3.GPS Ölçü Teknikleri...21

3.3.1. Statik konum belirleme yöntemi...21

3.3.2. Hızlı statik konum belirleme yöntemi...22

3.3.3. Kinematik konum belirleme yöntemi ...23

3.3.3.1. Dur ve git yöntemi ( Stop and go method) ...24

3.3.3.2. Sürekli kinematik ölçü yöntemi ( continous kinematic method) .25 3.3.3.3. Gerçek zamanda kinematik ölçü yöntemi ( real time kinematic method) ...25

3.3.3.4. Diferansiyel GPS (Differential GPS, DGPS)...27

4.GPS ÖLÇÜLERİNİ ETKİLEYEN HATA KAYNAKLARI ...28

(9)

4.1.Uydu Efemeris Hataları ...28

4.2.Uydu Saati Hataları...29

4.3.İyonosfere Bağlı Hatalar ...29

4.4.Troposfere Bağlı Hatalar...29

4.5.Sinyal Yansıması (Multipath) Etkisi...30

4.6.Alıcı Anteni Faz Merkezi Hatası ...31

4.7.Selective Availability (SA) ...31

4.8.Taşıyıcı Dalga Faz Belirsizliği...31

4.9.Taşıyıcı Dalga Faz Kesikliği (cycle slip)...32

5.GPS ÖLÇÜLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİ ...34

5.1. GPS Değerlendirme Yazılımları ...34

5.1. Bilimsel Yazılım: Bernesse...35

5.2.Ticari Yazılım: Leica Geo Office 5.0 ...36

5.3.Ticari Yazılım: Trimble Total Control 2.7 ...37

5.4.Ticari Yazılım: Pinnacle 1.0 ...38

5.6. Uygulamada Kullanılan Ticari GPS Yazılımlarının Karşılaştırılması....39

6.SAYISAL UYGULAMA ...41

6.1. Çalışmanın Amacı...41

6.2. Test Ağı Hakkında Bilgiler...41

6.3. Kullanılan Sabit GPS İstasyon Noktaları...43

(10)

6.3.1. Ankara sabit GPS istasyon noktası ANKR...43

6.3.2. Tubitak sabit GPS istasyon noktası TUBI ...44

6.4. Kullanılan TUTGA Noktaları ...45

6.5. GPS Ölçülerinin Yapılması...46

6.6. Test Ağında Kullanılan GPS Alıcı ve Anten Tipleri ...46

6.6.1. Sabit GPS istasyonlarındaki alıcı ve anten tipleri...46

6.6.2. TUTGA noktalarındaki alıcı ve anten tipleri ...49

6.7. GPS Ölçülerinin Değerlendirilmesi ...51

6.8.Ölçü Anındaki DOP ve Uydu Bilgileri...51

6.9.Değerlendirme Sonucunda Elde Edilen Sonuçlar...55

6.10.İrdelemeler ...84

7. SONUÇLAR ...86

8. KAYNAKLAR ...90

(11)

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa No.

Şekil 2.1: GPS Kontrol Bölümü ...12

Şekil 2.2: Falcon Hava Kuvvetleri Üssü Kolerada A.B.D...12

Şekil 2.3: 21 Uydu konfigürasyonu ile GPS (Seeber,1993) ...14

Şekil 2.4: GPS Uydusu ve Unsurları...14

Şekil 2.5: GPS Kullanıcı Bölümü ...15

Şekil 2.6: Uydu ile konum belirlemede geometrik ilişkiler (Seeber 1993). ...17

Şekil 2.7 : Kod ölçüleri……….19

Şekil 2.8 : Taşıyıcı faz ölçüleri ...19

Şekil 4.1 : Atmosfer Tabakaları ...30

Şekil 6.1: Test Ağı ...42

Şekil 6.2: Ankara Sabit GPS İstasyon Noktası ANKR...43

Şekil 6.3: Tubitak Sabit GPS İstasyon Noktası TUBI ...44

Şekil 6.4: AYAS TUTGA Noktası ...45

Şekil 6.5: AYAS TUTGA Noktasında Yapılan GPS Ölçüsü ...46

Şekil 6.6: ANKR Sabit GPS İstasyonunda Kullanılan GPS Anteni ...47

Şekil 6.7: ANKR Sabit GPS İstasyonundaki GPS Anten Ofset Değerleri ...47

Şekil 6.8: TUBI Sabit GPS İstasyonunda Kullanılan GPS Anteni ...48

(12)

Şekil 6.9: TUBI Sabit GPS İstasyonundaki GPS Anten Ofset Değerleri ...48

Şekil 6.10: Topcon Hiper Plus GPS Anten Ofset Değerleri ...50

Şekil 6.11: DOP Bileşenleri Değerleri...53

Şekil 6.12: Ölçü Anındaki Uydu Geometrisi...54

Şekil 6.13: Bernesse 2 Saatlik Değerlendirme Sonucunun Grafik Gösterimi ...61

Şekil 6.16: LGO 2 Saatlik Değerlendirme Sonucunun Grafik Gösterimi ...67

Şekil 6.19: TTC 2 Saatlik Değerlendirme Sonucunun Grafik Gösterimi ...73

Şekil 6.22: Pinnacle 2 Saatlik Değerlendirme Sonucunun Grafik Gösterimi....79

(13)

TABLO LİSTESİ

Sayfa No.

Tablo 5.1: Ticari Yazılımların Veri İşleme Öncesi Özelliklerinin

Karşılaştırılması ...39

Tablo 5.2: Ticari Yazılımların Veri İşleme Özelliklerinin Karşılaştırılması...40

Tablo 6.1: Kullanılan TUTGA Noktalarının Referans Epok Koordinatları ...58

Tablo 6.2: Ölçü Epoğuna Kaydırma Hesabı ...59

Tablo 6.3: Ölçü Anındaki Gerçek Baz Bileşeni Değerleri ...59

Tablo 6.4: Bernesse 2 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları...60

Tablo 6.5: Bernesse 2 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...61

Tablo 6.10: LGO 2 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları...66

Tablo 6.11: LGO 2 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...67

(14)

Tablo 6.12: LGO 4 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları...68 Tablo 6.13: LGO 4 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...69 Tablo 6.14: LGO 6 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları...70 Tablo 6.15: LGO 6 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...71 Tablo 6.16: TTC 2 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları ...72 Tablo 6.17: TTC 2 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...73 Tablo 6.18: TTC 4 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları ...74 Tablo 6.19: TTC 4 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...75 Tablo 6.20: TTC 6 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları ...76 Tablo 6.21: TTC 6 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...77 Tablo 6.22: Pinnacle 2 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları ...78 Tablo 6.23: Pinnacle 2 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...79 Tablo 6.24: Pinnacle 4 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları ...80 Tablo 6.25: Pinnacle 4 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...81 Tablo 6.26: Pinnacle 6 Saatlik Datanın Değerlendirme Sonuçları ...82

(15)

Tablo 6.27: Pinnacle 6 Saatlik Değerlendirme Sonucundaki Standart Sapma Değerleri ...83 Tablo 6.28: Maksimum Fark Değerleri ...85

(16)

KISALTMALAR

ABD: Amerika Birleşik Devletleri AS: Anti Spoofmg

C/A Code: Coarse Aeguisition Code CIS: Conventional İnertial System

CORS: Continuously Operating Reference Stations DMA: Defense Mapping Agency

DOP: Dilution Of Precision DoD: Department Of Defence EKK: En Küçük Kareler

FARA: Fast Ambiguity Resolution Algorithm GAST: Greenwich Apparent Sidereal Time GDOP: Geometric Dilution Of Precision

GLONASS: Global Navigation Satellite System GPS: Global Positioning System

GRARR: Goddard Range And Range Rate HDOP: Horizontal Dilution Of Precision ICRF: Inertial Celestial Reference Frame IERS: International Earth Rotation Service IGS: International GPS Geodynamic Service ITRF: Inertial Terrestial Reference Frame

NASA: National Aeronautics and Space Administration NAVSTAR: Navigation Satellite Timing And Ranging NIMA: National Imagery and Mapping Agency

OTF: On-the-Fly

(17)

P Code: Precision Code

PDOP: Positioning Dilution Of Precision PPS: Precise Positioning Service

PRN: Pseudo Random Noise SA: Selective Available SLR: Satellite Laser Ranging TDOP: Time Dilution Of Precision TEC: Total Electron Content

TRANSİT: Time Ranging And Sequential

TUSAGA-AKTİF :Türkiye Ulusal Sabit GS İstasyonları-Aktif UT: Universal Time

VDOP: Vertıcal Dilution Of Precision VEC.Vertical Electron Content

VLBI: Very Long Baseline Interferometry WGS84: World Gedetic System 84

(18)

1. GİRİŞ

Hızla gelişen teknolojinin ürünlerinden, her meslek dalı gibi belki de diğer meslek dallarından daha fazla jeodeziciler yararlanmaktadırlar. 1960’larda ABD tarafından Polaris füzelerinin yönlendirilmesi amacıyla geliştirilen Transit Uydu Sistemi’nin askeri başarısına sivil kullanımdaki yararlar da eklenince, daha kısa zamanda ve daha incelikli sonuçlar veren yeni bir sistem arayışı başladı. Böylece GPS (Global Positioning System) düşüncesi ortaya atıldı ve kısa bir süre içerisinde hayata geçirildi.

Klasik jeodezik ölçme tekniklerinde karşılaşılmakta olan; kontrol noktalarına ulaşım, zaman, hava şartları, noktalar arası görüş zorunluluğu gibi problemleri ortadan kaldıran ve daha hassas ölçme sonuçlarının elde edilmesini sağlayan bu sistem; dünya elipsoidini belirleme, global ve bölgesel hareketlerin izlenmesi, mühendislik projeleri, anlık lokal ve mühendislik deformasyonlarının sürekli izlenmesi, sayısal arazi modelleri için gerekli bilgileri sağlama ve diğer harita, kadastro, mühendislik ölçmeleri ve coğrafi bilgi sistemleri başta olmak üzere birçok jeodezik projelerde kullanılmaktadır. Ayrıca GPS ’in hızlı gelişimi ile elde edilen yüksek doğruluk sonucunda GPS haritacılık sektörünün dışında da oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır.

GPS kullanımı ile daha hassas ölçü sonuçlarının elde edilmesi yanında zaman ve maliyet bakımından da tasarruf sağlanması, ayrıca GPS kullanım alanının yaygınlaşması sonucunda firmalar da GPS alıcıları ile değerlendirme yazılımlarına büyük önem vermeye başlamıştır.

Arazide elde edilen GPS ölçülerinin değerlendirilmesinde kullanılan yazılımları, amacına yönelik olarak ticari amaçlı ve bilimsel amaçlı yazılımlar olarak sınıflandırmak mümkündür. Ticari amaçlı GPS yazılımları klasik mühendislik uygulamalarında kullanılmakta iken, bilimsel amaçlı yazılımlar ise deformasyon

(19)

ölçülerinin analizi, ülke temel jeodezik ağların kurulması gibi özel mühendislik projelerinde kullanılmaktadır (Salgın 2006).

Günümüzde kullanılan ticari yazılımlara; Pinnacle, TGO (Trimble Geomatics Office), TTC.xx (Trimble Total Control), AOS (Astech Office Suite) , Ski.xx, Ski Pro.xx, LGO.xx (Leica Geo Office), bilimsel yazılımlara ise; Bernesse, Gamit-Globk, Gipsy değerlendirme yazılımları örnek olarak verilebilir.

Sivil uygulamalarda GPS uygulamalarının artması ve kullanıcıların GPS sistemini daha iyi kullanmaya başlaması ile GPS ile ilgili yazılmış kitap ve diğer yayınlarda büyük ve hızlı artış meydana geldi (Hofmann, Wellenhof ve diğ. 1997; Leick 1995, Parkinson ve Spilker 1996, Rizos 1999, Teunissen ve Kleusberg 1998).

Yukarıda sözü edilen kitaplarda genellikle veri işlemenin teorisi anlatılmıştır. Ticari yazılım sonuçlarının karşılaştırılmasında ise yayın sayısının kısıtlı olduğu söylenebilir. Örneğin, Satirapod 1997 yılında 13, 49, 127 ve 197 km.lik bazlarda Leica SR 399 ve Trimble 4000 SSE model alıcıları kullanarak SKI 2.1 ve GPSSURVEY 2.0 yazılımlarını Bernesse 4.0 yazılımı ile bulduğu sonuçları karşılaştırmıştır. Karşılaştırma sonucunda 13 ve 49 km.lik bazlarda GPSSURVEY yazılımının, 127 ve 197 km.lik bazlarda ise SKI yazılımının daha duyarlı olduğu görülmüştür (Şanlıoğlu2006). Bhuj deprem bölgesinde ise GPSSURVEY, TGO, Bernesse yazılımlarından elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır (Likhar 2002). ABD’de CORS ağında yapılan test çalışmalarında ise hassas efemeris bilgilerinin kullanılmasının gerekliliği bildirilmektedir (Snay ve Miller 2001).

8 ana bölümden oluşan bu tez çalışmasında; Ankara(ANKR) ve TUBİTAK(TUBI) Sabit GPS İstasyon Noktaları arasındaki koordinatları bilinen 6 adet TUTGA noktasında GPS ölçüleri yapılmıştır. Daha sonra bu ölçüler hem ticari GPS yazılımları ile hem de Bernesse bilimsel yazılımı ile değerlendirilmiş ve elde edilen baz vektörleri karşılaştırılmıştır.

(20)

2.UYDU SİSTEMLERİ

Günümüzde navigasyon, konum belirleme ve akademik amaçlara uygun olarak yapay uydulardan yararlanma fikri oldukça artmıştır. Bu nedenle jeodezik ve jeodinamik amaçlı uydu sistemleri geliştirilmiştir. Bu uydu sistemlerinin başlıcaları GPS(Global Positioning System ) , GLONASS (Global Navigation Satellite System), GALILEO, DORIS, PRARE ve TOPEX/POSEIDON sayılabilir. Bunlardan başka, özellikle bilimsel çalışmalarda kullanılan VLBI ve SLR sistemleri de mevcuttur.

2.1. GLONASS(Global Navigation Satellite System )

Eski adıyla Sovyet Savunma Bakanlığı tarafınca 1970 li yılların başında ABD GPS sistemine karşılık olarak üretilen bir projedir. Pek çok yönü ile GPS sistemine benzemekte olan GLONASS sistemi 1993 yılında resmi olarak ilan edilmiştir.

GLONASS sistemi uzay, kontrol ve kullanıcı bölümleri olmak üzere üç ana bölümden oluşmaktadır.

Uzay bölümü GLONASS uydularından oluşmaktadır. Rusya GLONASS’ın modernizasyonu için iki aşamalı bir plan hazırlamıştır.

2003-2006 yılları arasındaki GLONASS-M planında; ilk uydu 2003 yılında fırlatılmış ve uyduların ömürlerinin 7 yıldan daha fazla olması planlanmıştır. Ağırlıkları 1415 kg. olan 11 adet PROTON uydusu fırlatılmış, L1 ve L2 üzerinde iki sivil ve iki özel sinyal bulunmaktadır (Polischuk, Kozlov ve ark. 2002).

2005-2011 yılları arasındaki GLONASS-K planında; ilk uydu 2005 yılında fırlatılmış, uydu ömürleri 10-12 yıl olması hedeflenmiştir. 6 adet proton ve ağırlığı 750 kg. olan 14 adet SOYUZ uydusunun fırlatılması, bir sivil ve bir askeri sinyal ilavesi ve yer kontrol istasyonlarının test birimlerini güçlendirmesi hedeflenmiştir (Medvedkov 2002).

(21)

GLONASS sisteminde, 21 asıl 3 yedek olmak üzere toplam 24 adet uydu bulunmaktadır. Uydu yörünge elipslerinin büyük yarı ekseni yaklaşık 25510 km olup bir uydunun dolanım süresi 11 saat 16 dakikadır. GLONASS sisteminde iki frekans bandında yayın yapılmaktadır. Bu frekans bantları L1 (2005 yılının sonuna kadar 1602– 1609.31 MHz, 2005 yılından itibaren 1598.06–1605.38 MHz) ve L2 (7/9 L1) frekanslarıdır (http://www.glonass-center.ru/frame.html). P kod L1 ve L2 frekansları, C/A kod ise sadece L1 frekansı üzerinden yayınlanmaktadır. GLONASS navigasyon mesajının yayınlanması 2.5 dakika sürmekte, efemeris ve saat bilgileri 30 saniyede bir tekrar edilmektedir. P kod ise 12 dakikada yayınlanmakta olup, efemeris ve saat bilgileri 10 saniyede bir tekrar edilmektedir.

Kontrol bölümü sistemin kontrol merkezi olup, Rusya’ya dağılmış izleme istasyonlarından oluşmaktadır. Bu istasyonların amacı, uyduların verimli bir şekilde çalışmasının sağlanması, uydulardan toplanan veriler ile uydu yörüngelerini hesaplanması ve uydu saat düzeltmelerinin hesaplanmasıdır.

GLONASS Dünya’nın her yerinden en az 5 uyduya gözlem yapma olanağı veren uygun bir geometriye sahiptir. 50° N enleminden daha kuzeyde bulunan noktalar için GLONASS uyduları GPS uydularından daha iyi bir gözlenebilirlik sağlar (Işık 1997).

Kullanıcı bölümü GLONASS uydularının yayınladığı verileri toplayıp, farklı amaçlar için değerlendirebilen alıcı ile kullanıcılardan oluşmaktadır.

Rusya’nın diğer bir planıda Avrupa Birliği’nin Uzay Navigasyon Sistemi olan GALILEO’ya ortak ve kullanıcı olabilmektir (http://www.esa.int/navigation).

2.2. Galileo Uydu Sistemi

Galileo Uydu Sistemi, ABD GPS sisteminin Avrupa kaynaklı alternatifi olarak tasarlanmış bir navigasyon sistemidir. Galileo Uydu Sistemi için, 26 Mart 2002 tarihindeki Avrupa Ulaştırma Bakanları Kurulu toplantısında 450 milyon Euro’ luk bir bütçe ayrılmıştır. Galileo Uydu Sistemi, 2000 yılında tasarlanmış olup 2002–2005 yılları

(22)

arasında uydu geliştirilmesi, yer istasyonları ile altyapı tesislerinin oluşturulması ve test çalışmaları yapılmıştır. 2006–2007 yıllarında sistem uydularının tamamlanması yörüngelerine oturtulması çalışmalarının tamamlanarak, 2008 yılında ise sistemin kullanıma açılması öngörülmektedir.

Galileo Uydu Sistemi uzay, kontrol ve kullanıcı bölümleri olmak üzere üç ana bölümden oluşmaktadır.

Uzay bölümü Galileo Uydu Sistemi uydularından oluşmaktadır. Galileo Uydu Sisteminde, 27 asıl 3 yedek olmak üzere toplam 30 adet uydudan oluşacaktır. Uyduların yörünge yüksekliği yaklaşık olarak 23616 km dir. Bir uydunun dolanım süresi 14 saat olacaktır. Yörüngeler ekvatorla 56 derecelik açı yapacaktır. Dünya üzerinde herhangi bir yer ve zamanda en az 6 uydunun gözlenebilmesi sağlanacaktır. Tam faaliyette iken ± 1m. hassasiyetinde konum belirleme yeteneği olacaktır. Uydular 10 sinyal gönderecektir. Bunların 6 sı günlük yaşam için hizmete açık, 2 si ticari, 2 si devlete ait olacaktır. (Uyar ve İnal 2004)

Kontrol bölümü sistemin kontrol merkezi olup, Avrupa’da bulunan 2 adet kontrol merkezi ile 20 adet alıcı istasyonundan oluşacaktır. Uydular ile kontrol merkezi arasındaki haberleşmeyi sağlamak için tüm dünyaya dağılmış, 15 istasyonun kurulması planlanmaktadır. Galileo Uydularından 10 farklı sinyal yayınlanması düşünülmektedir. Bunlardan 6 adet sinyalin tüm kullanıcılara açık olması, 2 adet sinyalin ticari kullanıcılara açık olması ve geri kalan 2 adet sinyalin ise kamu kurum ve kuruluşlara tahsis edilmesi düşünülmektedir. Galileo Uydu Sisteminde jeodezik datum olarak ITRFxx Datumu, referans zamanı olarak ise UTC planlanmıştır.

Galileo Uydu Sisteminin tamamlanıp hayata geçmesinin ardından kara taşımacılığı, hızlı tren, deniz taşımacılığı, hava yolları, otoyollar, liman işletmeciliği, kurtarma hizmetleri, petrol arama, bankacılık gibi birçok amaç için fayda sağlayacaktır (http://europa.eu.int/comm/dgs/energy-transport/galileo/documents/brochure-en.htm).

(23)

2.3. DORIS Sistemi

CNES (National Space Agency), GRGS (Resarch Group for Satellite Geodesy) ve IGN (National Geodetic Institute) Fransız gruplarının ortak çalışması olan DORIS (Doppler Orbitography and Radio Positoning Integrated by Satellite) sisteminin temel amacı, duyarlı yörünge belirleme olmakla birlikte jeodezik ve jeofizik amaçlı kullanımlara da imkân sağlamaktadır.

DORIS Sistemi uzay, kontrol ve kullanıcı bölümleri olmak üzere üç ana bölümden oluşmaktadır. Bir Dopler alıcısı ile iki frekansta Dopler verileri kaydedilerek, daha sonra Toulouse’daki kontrol istasyonuna aktarılmaktadır. DORIS Sisteminde veriler, GPS sisteminden farklı olarak arazide değil Toulouse’ daki kontrol istasyonunda toplanmaktadır.

DORIS Sistemindeki uydu yörüngelerinin hassas belirlenebilmesi için koordinatları iyi bilinen VLBI veya SLR noktalarına yakın yerlerde 50 noktada izleme istasyonu kurulmuştur.

DORIS Sisteminin hassasiyeti, 40 uydu geçişi sonrasında (yaklaşık 1 hafta) mutlak konum belirlemede 8 cm, 30 uydu geçişi sonrasında bağıl konum belirlemede 2 cm + 0.1 ppm dir.

2.4. PRARE Sistemi

Temelde bir Alman projesi olup; INS (Institut für Navigation, University Stuttgart), Kayser Threde GmbH (Munih), Dornier GmbH (Friedrischshafen) ve DGFI (Deutsches Geodaetisches Forschungsinstitut, Munih) kurumlarının ortak bir çalışması olan PRARE (Precise Range And Rance rate Equipment) sistemi, İlk uzaktan algılama uydu sistemi ERS-1 sistemine ilave deneme olarak 1982 yılında önerilmiştir.

Uzay bölümü herhangi bir uydu üzerine yerleştirilmiş küçük bir donanım olan PRARE Sisteminde yeryüzüne 2 farklı frekansta veri yayınlanmaktadır. Bu her iki sinyalde uzaklık ölçümünde kullanılan ve efemeris bilgilerini içeren kod ile modüle

(24)

edilmektedir. Uzayda toplanan veriler ana kontrol istasyonuna yayınlanarak, ana kontrol istasyonlarında değerlendirilerek kullanıcılara yayımlanmaktadır.

PRARE Sisteminin ölçüm doğruluğu X-band dopler ölçüsü için 0.1 mm / saniye, X-band uzaklık ölçüsü için 3–7 cm dir.

2.5.TOPEX/POSEIDON Sistemi

TOPEX/POSEIDON Sistemi, NASA (U.S.National Aeronautics and Space Administration) ve CNES (French National Space Agency) tarafından uygulanmakta olan ve altimetri ölçülerine dayanan bir uydu sistemidir. Sistemin amacı gel-git hareketleri ile okyanus akıntılarının belirlenmesidir. Deniz seviyesi ölçümlerinin doğruluğu, uydu efemeris bilgilerinin doğruluğuna bağlı olduğu için TOPEX/POSEIDON Sistemi bu doğruluğu sağlayacak şekilde oluşturulmuştur. Uydu üzerinde bulunan mikro dalga altimetrisi çift frekanslıdır ve deniz seviyesinden olan yüksekliği 2cm duyarlıkla ölçmektedir.

2.6.VLBI Tekniği

VLBI (Very Long Baseline Interfrometry) Tekniği geometrik bir tekniktir. Bu teknikte yeryüzünde tesis edilmiş olan iki yer antenine çok uzaklardaki kuazar (quasar) adı verilen gök cisimlerinden yayınlanan radyo dalgalarının ulaşmalarındaki zaman farkı ölçülmektedir.

17 ülkeden 40 kurum ve kuruluşun katkılarıyla sürdürülen VLBI gözlemleri; yer tektoniğinin belirlenmesi, bölgesel defermosyonların belirlenmesi, gök referans sisteminin belirlenmesi, kutup gezinmesi bileşenlerinin belirlenmesi ve atmosferik modellerin geliştirilmesi gibi birçok bilimsel çalışmalarda kullanılmaktadır.

(25)

2.7.SLR Tekniği

SLR (Satellite Laser Ranging) sitemi yer istasyonunda üretilen kısa süreli lazer sinyallerinin uydulara gönderilmesi ile uzaklık ölçme yöntemidir. Gönderilen lazer sinyalleri uyduda geri yansımayı sağlayan yansıtıcılar tarafından yer istasyonuna tekrar yansıtılmaktadır. Alınan lazer sinyali analiz edilmekte ve lazerin uyduya gidiş ile istasyona geri dönüş arasındaki zaman farkı belirlenmektedir. Lazer sinyalinin gidiş ve gelişi arasında geçen zaman farkı, ışık hızı ile çarpılarak uzunluk birimine dönüştürülmekte ve böylece uydu ile yer istasyonu arasındaki uzaklık belirlenmektedir.

Günümüzde uzun mesafelerin ölçülmesinde kullanılan en duyarlı tekniklerden birisidir. SLR Uydularının yalnızca yansıtma fonksiyonlarına sahip ve uzun ömürlü olması ayrıca iyonesferden çok az etkilenmesi SLR sisteminin avantajları olmasına karşılık, tesisinin pahalı olması ve uzun süreli ölçü gerektirmesi bu sistemin zayıf tarafıdır.

STARLETTE, LAGEOS, AJISAL ve ETALON uydu sistemleri lazer yansıtıcıları taşıyan ve en çok bilinen uydu sistemleridir. STARLETTE uydu sistemi lazer ile uzaklık ölçmede kullanılan ilk sistem olup 1975 yılında Fransa tarafından uzaya yerleştirilmiştir.

Günümüzde SLR analizlerinin büyük bölümü Lageos-1 ve Lageos-2 uyduları ile yapılmaktadır.

Daha çok jeodezik ve jeodinamik amaçlı projelerde kullanılmakta olan SLR tekniği; gravite alanı ve uydu yörüngelerinin belirlenmesi, yer dönme parametrelerinin belirlenmesi gibi amaçlar içinde kullanılmaktadır.

LLR (Lunar Laser Ranging) lazer ölçmeleri ile dünya ile Ay arasındaki uzaklık duyarlı olarak ölçülebilmektedir. Ay yüzeyine farklı tarihlerde yerleştirilmiş olan reflektör setleri, Ay yüzeyinde uygun dağılımda ve üçgen oluşturacak şekildedir. Yer yüzeyindeki LLR istasyonlarından Ay yüzeyindeki reflektörlere yüksek yoğunluklu

(26)

lazer gönderilmekte ve bu lazer ışığının gidiş ve dönüşü arasında geçen zaman farkı çok duyarlı olarak atomik saatler yardımı ile ölçülmektedir. Lazer sinyalinin gidiş ve gelişi arasında geçen zaman farkı, ışık hızı ile çarpılarak uzunluk birimine dönüştürülmekte ve böylece Ay ile Dünya arasındaki uzaklık belirlenmektedir.

2.8. GPS (Global Positioning System) 2.8.1. GPS hakkında genel bilgiler

ABD Savunma Dairesi (DoD) tarafından 1973 yılında başlatılan NAVSTAR GPS (Navigation Satellites Timing And Ranging Positioning System) sistemi, uydu sinyallerini kullanarak Dünya'nın her yerinde her türlü hava şartlarında WGS84 sistemi içinde anında ve yüksek doğrulukla konum, hız ve zaman belirlemeye yarayan bir navigasyon sistemidir. Kısa zamanda daha hassas sonuçların elde edilmesi için, önceki sistemlere ek olarak bazı yenilikler eklenmiştir. Bu yenilikler; uydu saatlerinin güvenirliği 10'15 saniye mertebesine yükseltilmesi, uyduların dünya üzerinden daha geniş bir açı ile izlenebilmesi için 20200 km’ye yerleştirilmesi ve böylece dünyanın çekim etkisinin de azaltılması, Dopplerde kullanılan 400 MHz'lik taşıyıcı frekans 1547.42 MHz'e yükseltilmesi ile daha geniş band sinyal modülasyonu sağlanmasıdır. (Eren ve Uzel 1995).

GPS sistemi, öncelikle yeryüzündeki bir noktanın WGS84 sistemindeki, enlem, boylam ve yükseklik değerlerini belirlemek amacıyla geliştirilmiştir (Gökalp 1994). Bu işlem klasik anlamda uzunlukları kullanarak uzay geriden kestirme probleminin çözümünden başka bir şey değildir. Bu sistemde, klasik yersel sistemlere göre, noktalar arası uzaklığın etkisi yok denecek kadar azdır ve noktaların birbirini görme zorunlulukları yoktur. Fakat tüm hava şartlarında ölçü yapılabilir denilse de, kış koşullarında istenmeyen bazı bozucu etkiler henüz aşılamamıştır.

GPS sisteminin modernizasyonunda ise ABD’nin gerekçeleri askeri ve sivil alanda olmak üzere ikiye ayrılabilir. Askeri alanda esas amaç kendisini ve müttefiklerini

(27)

daha iyi korumaktır. Bu amaçla, yeni ve güçlü bir sinyalle savaş yeteneğini geliştirmeyi, daha güvenli bir askeri kod yapısına kavuşturmayı ve GPS’in düşman tarafından kullanımını daha iyi engellemeyi amaçlamaktadır. Sivil alandaki amacı ise, sivil GPS kullanıcılarına daha iyi destek sağlamak ve küresel konum belirlemedeki teknolojilerle dünyada tekel oluşturmaktır (Çorumluoğlu 2002).

GPS sistemindeki modernizasyon çalışmalarına 12 adet block IIR uydusunun modernizasyonu ile başlanacaktır. Bu uydularda L1 ve L2 üzerine askeri M kodu yerleştirilecek ve bu uydular Block IIR-M ismini alacaktır. L2 üzerine L2C sivil kod konulacak, L1 ve L2 deki P(Y) ve C/A kodlarının gücü şimdikinin çok üzerine çıkarılacaktır. L2C ve M kodu ile hizmet 18 uydu ile 2008 yılında başlayacak ve 2010 yılında tam kapasiteye ulaşacaktır (http://www.navcen.ucsg.gov/cgsic/meetings).

2.8.2. GPS sisteminin yapısı

Sistemin amacı, yörüngeleri bilinen uydulardan eşzamanlı olarak gönderilen sinyaller yardımıyla bağıl uzaklıkları ölçerek GPS alıcısının konumunu belirlemektir. (Eren ve Uzel, 1995). Dünyanın her yerinden 24 saat boyunca hava koşullarından bağımsız olarak, kullanıcılara üç boyutlu konum, hız ve zaman bilgisi sağlayan uydu bazlı bir sistemdir. Sistemde çalışan 21 asıl 3 yedek olmak üzere toplam 24 adet uydu bulunmaktadır. Ancak ortalama ömrü 10 yıl olan bazı uyduların hala sorunsuz olarak çalışması nedeniyle Kasım 2005 tarihi itibariyle toplam 30 adet GPS uydusu faaliyet göstermektedir. Uydular, dünyanın çevresinde 6 farklı yörünge düzlemi üzerinde hareket etmektedirler. Yerden yükseklikleri 20200 km olup dünya çevresindeki dolanımlarını yaklaşık 11 saat 58 dakikada tamamlamaktadırlar. Yörünge düzlemleri ekvator düzlemi ile 55° lik açı yapacak eğikliğe sahiptir. Uyduların bu şekildeki tasarım ve geometrik düzeni ile dünya üzerinde herhangi bir yerden herhangi bir anda en az 4 adet uydu görülebilmesi amaçlanmıştır. Çünkü yeryüzündeki bir alıcının koordinatlarının belirlenebilmesi için eşzamanlı gözlenebilen en az 4 uyduya ihtiyaç duyulmaktadır.

(28)

2.8.3 GPS sisteminin bölümleri

GPS Sistemi Kontrol bölümü, Uzay bölümü ve Kullanıcı bölümü olmak üzere üç birimden oluşmaktadır.

Kontrol bölümü; ana kontrol istasyonu, yer antenleri ve izleme istasyonlarını içeren İşletim Kontrol Sistemi (Operational Control System)’nden oluşmaktadır. Tüm GPS uyduları dünya üzerinde uygun dağılmış, konumu iyi bilinen ve çok hassas saatlerle donatılmış 6 adet sabit izleme istasyonundan (Hawaii, Colarado Springs, Cape Canaveral, Ascension, Diego Garcia, Kwajalein) izlenmektedir (Şekil 2.1). Bu istasyonlardan A.B.D’deki Colarado Springs Ana Kontrol İstasyonu, diğer istasyonlar ise izleme istasyonlarını oluşturmaktadır. İstasyonların amacı, uydulardan gelen verilerin irdelenmesi ile uydu yörüngelerinin hesaplanması, uydu saatlerinin düzeltmelerinin hesaplanması, yörünge saat düzeltmelerinin hesaplanması ile sistemin sağlıklı biçimde çalışmasını sağlamaktır. Uydulardan gelen veriler Ana Kontrol İstasyonunda toplanmakta ve burada değerlendirilerek hesaplanan uydu yörünge bilgileri ile birlikte her 8 saatte bir yer antenleri vasıtasıyla uydulara aktarılmaktadır. Uydular kendilerine gönderilen bilgileri, 1575.42 Mhz frekansındaki L1 ve 1227.60 Mhz frekansındaki L2 sinyalleri ile yeryüzündeki GPS alıcılarına nakletmektedirler.

(29)

Bulunduğu Yer Görevi Donanım Durumu

1 Hawai İzleme İstasyonu

2 Colorado Spring Ana Kontrol İstasyonu

3 Cape Canaveral İzleme İstasyonu Yedek Yer Anteni

4 Ascension Adası İzleme İstasyonu Yer Anteni

5 Diego Garcia İzleme İstasyonu Yer Anteni

6 Kwajalein İzleme İstasyonu Yer Anteni

Şekil 2.1: GPS Kontrol Bölümü

(30)

Uzay bölümü GPS uydularından oluşmaktadır. 6 farklı tip GPS uydusu mevcuttur. Bunlar Block I, Block II, Block IIA, Block IIR (Block IIR-M), Block IIF ve Block III uydularıdır.

Block I uyduları 1978–1985 yılları arasında yörüngeye oturtulmuştur. Ağırlıkları yaklaşık olarak 845 kg ve kullanım ömürleri yaklaşık 7,5 yıldır. Uyduların ekvator düzlemi ile yaptığı açı 63 derecedir. Şu an bu uydulardan hiç biri yörüngelerinde değildir.

Block II uyduları, Block I uydularından farklı olarak ekvatora 55 derecelik açı yapmaktadırlar. Yaklaşık 1500 kg ağırlığında olup ortalama ömürleri 7 yıldır. İlk Block II uydusu 1989 yılında yörüngeye oturtulmuştur. Block I uyduları tüm kullanıcılara açık olmasına karşın Block II uyduları askeri güvenlik gerekçesi ile Seçimli Doğruluk Erişimi (SA; Selective Availability) ve Aldatmaya Karşı Koyma (A-S; Anti-Spoofing) özellikleri ile sivil kullanıcılara kısıtlamalar getirilmiştir.

Block IIA uyduları uydular arası haberleşme imkânına sahip olup, bazılarında da lazer ölçmeleri için reflektörler bulunmaktadır. İlk Block IIA uydusu 1990 yılında yörüngeye oturtulmuştur.

Block IIR (Block IIR-M) uyduları Block II uydularının yerini almak üzere üretilmiştir. Kullanım ömürleri yaklaşık 10 yıldır. Üzerlerinde atomik saatlerin bulunması en önemli özelliğidir. Ağırlıkları yaklaşık olarak 2000 kg dır. İlk Block IIR uydusu 1997 yılında yörüngeye oturtulmuştur.

Block IIF uyduları L1, L2 taşıyıcılarının yanı sıra, üçüncü bir taşıyıcı frekansı olan L5 özellikli olacak şekilde tasarlanmıştır.

Block III uyduları tasarım aşamasında olup, 2012 yılından itibaren yörüngelerine oturtulması planlanmaktadır. Bu uyduların temel özelliği askeri amaçlı olmalarıdır.

(31)

Şekil 2.3: 21 Uydu konfigürasyonu ile GPS (Seeber 1993)

Şekil 2.4: GPS Uydusu ve Unsurları

Kullanıcı bölümü, uydulardan gelen sinyalleri antenler aracılığıyla toplayan ve bu verileri üç boyutlu konum, zaman ve hız belirleme amacıyla kaydeden alıcı donanımlarından oluşmaktadır. GPS kullanıcıları, askeri ve sivil kullanıcılar olmak üzere iki sınıfta toplanabilir.

(32)

Şekil 2.5: GPS Kullanıcı Bölümü

2.8.4.GPS ' te kullanılan ölçüler

GPS’te, Kod ölçülerinden ham uzunluk (pseudo range), Bütünleşik Doppler sayılarından pseudo range farkları, Taşıyıcı faz ya da taşıyıcı faz farkları ve İnterferometrik ölçülerden sinyal hareket süresindeki farkları olarak 4 Temel ölçü tanımlanabilir (Seeber 1993)

Bütünleşik Doppler sayılarından pseudo range farkları ve İnterferometrik ölçülerden sinyal hareket süresindeki farkları ölçümleri uygulamalı jeodezide nadiren kullanılmaktadır. Çünkü Bütünleşik Doppler sayısı gözlemi uydu konfigürasyonunun yeterli miktarda değişimine olanak sağlamak amacıyla birkaç saat gibi oldukça uzun bir gözlem süresini ve kullanıcı bölümünde sabit oskülatörler gerektirmesi ile bununla birlikte bu yöntemin tamamen belirsizliklerin tespit edilmesinde kullanılmasıdır. Gerçek interferometrik tekniğinin ise teferruatlı aletsel donanım ve yüksek kalitede veri değerlendirme için masraf gerektirmesidir (Seeber 1993). Dolayısıyla diğer iki tür gözlem yani kod ve taşıyıcı faz gözlemleri GPS uygulamalarında temel ölçü olarak kabul edilmektedir.

(33)

2.8.4.1.Kod ölçüleri

Kod ölçülerinin amacı uydu ile yeryüzünde alet kurulan herhangi bir nokta arasındaki mesafenin ölçülebilmesidir. Bu mesafenin belirlenebilmesi için, uydudan gönderilen kod fazı ile bu kodun kopyası niteliğinde alıcı içinde oluşturulan kodun fazı korelasyon tekniği ile karşılaştırılarak, sinyalin uydu ve alıcı arasındaki ulaşım süresinin belirlenmesi gerekmektedir. Elde edilen ulaşım süresi ile ışığın boşluktaki yayılma hızı çarpılarak mesafe hesaplanmaktadır. Uydu ve alıcı saatlerinin birbirine uyumlu olarak çalışmaması nedeniyle oluşan saat senkronizasyon hatası ve sinyal yayılması sırasında iyonosfer ve troposfer gecikmelerini içerdiğinden kod ölçülerinden bulunan uzunluğa ham uzunluk (pseudorange) denmektedir. İyonsfer ve troposfer tabakalarının neden olduğu gecikmeler matematik modellerle çözülebilmektedir. Pseudorange ölçüleri P kodu veya C/A kodundan türetilebilmektedir (Yıldırım 2002).

Herhangi bir ham uzunluk (pseudorange) için temel gözlem eşitliği şöyledir (Seeber 1993).

PRi = |Xi - XB | + cdtu = cτi

= ((Xi - XB )2 + (Yi - YB )2 + (Zi - ZB )2)1/2 + cdtu (2.1)

Şekil 2.6 'daki notasyonlar kullanılarak

Ri : Uydu anteni Si ile alıcı anteni B arasındaki geometrik mesafe

(34)

XB : XB , YB , ZB bileşenleri ile CTS sisteminde alıcı anteni B'nin konum vektörü.

τi : Uydu anteni Si ve gözlem yapan B anteni arasında belirlenen sinyal hareket süresi.

dtu : GPS sistem zamanı ve alıcı saati arasındaki saat senkronizasyon hatası. c : Sinyal yayılma hızı.

CTS : Conventional Terrasterial System

Alıcı koordinatlarının tespit edilebilmesi için, X, Y ve Z yönünde olmak üzere 3 adet koordinat bilinmeyeni ve bir de saat hatası için toplam 4 bilinmeyenin çözülmesi gerekmektedir. Şekil 2.7 'de görüldüğü gibi aynı anda en az 4 adet uyduya gözlem yapılarak uydu alıcı mesafelerinin saptanmasıyla 4 adet denklemden söz konusu bilinmeyenler çözülebilmektedir.

(35)

2.8.4.2 Taşıyıcı faz ölçüleri

Taşıyıcı faz ölçmelerinde, uydudan gönderilen ve alıcıda kaydedilen taşıyıcı (carrier) sinyal ile alıcı içinde üretilen sinyalin fazlarının karşılaştırılması yapılmaktadır.

Uygun gözlem, ölçülen faz farkıdır (Seeber 1993).

Φ B = ΦCR - Φ 0 ( 2.2 )

Aşağıdakiler,

λ : Taşıyıcı dalga boyu uzunluğu

NBi : Ri uzunluğu boyunca taşıyıcının tam devir sayısı. dtu : Saat senkronize hatası.

olmak üzere taşıyıcı faz ölçümünün temel denklemi;

ΦBi= 2π

(|Xi - XB | - NBiλ + cdtu ) (2.3)

λ

(36)

PR2

Şekil 2.7 : Kod ölçüleri Şekil 2.8 : Taşıyıcı faz ölçüleri

Tam devir sayısının belirsizliği NBi 'nin saptanabilmesi bu metodun zorluğudur. Çünkü gözlem yalnızca bir dalga boyu dâhilindeki fazı belirlemektedir. A ve B gibi iki istasyonda gözlenen aynı uydu sinyaline ait faz farkı, temel ölçü olarak düşünülür. Tekli faz farkı gözlem eşitliği şöyle verilir ( Seeber 1993).

∆ΦABi = ΦBi - ΦAi = 2π ( |Xi-XB| - |Xi-XA| ) - λ (NBi - NAi) + c (dtuB- dtuA) (2.4)

Denklemlerde geçen, sinyalin uydu ve alıcı arasında tam dalga boyu sayısındaki belirsizlik olarak ifade edilen N bilinmeyeni her uydu için ayrı ayrı hesaplanmalıdır. Jeodezik uygulamalarda, yüksek duyarlıkta verilere ihtiyaç duyan köprü, baraj gibi mühendislik hizmetleri ve projelerinde daha hassas olmasından dolayı taşıyıcı faz ölçüleri kullanılmaktadır (Şekil 2.8). Navigasyon ve DGPS (Differential GPS) gibi uygulamalarda daha çok kod ölçüleri kullanılmaktadır.

φ

Α B 1 2 3 ₄ PR1 _PR4 PR3 S A B

φ

Β λ

(37)

3.GPS ÖLÇÜLERİ İLE KONUM BELİRLEME

GPS ölçüleri ile noktaların konumlarının belirlenmesinde, Mutlak (Absolute) Konum Belirleme ve Bağıl (Relative) Konum Belirleme olmak üzere iki yöntem izlenir. Mutlak (Absolute) Konum Belirleme yönteminde, noktanın WGS84 Sistemindeki koordinatları doğrudan elde edilirken, Bağıl (Relative) Konum Belirleme yönteminde ise WGS84 Sisteminde Koordinatları belirli olan bir noktaya göre, bir başka noktanın koordinat farkları elde edilmektedir (Hoflman ve ark. 1992).

3.1.Mutlak (Absolute) Konum Belirleme

Mutlak konum belirlemede, tek bir alıcı ile en az dört uydudan kod gözlemleri yapılarak noktanın konumu belirlenmektedir. Sinyalin uydu çıkışından alıcıya ulaşıncaya kadar geçen zaman ile ışık hızı çarpılarak hesaplanan bir geriden kestirme yöntemidir.

3.2.Bağıl (Relative) Konum Belirleme

Bağıl konum belirlemede, koordinatları bilinen bir nokta referans olarak alınarak, koordinatları belirlenecek noktalara olan baz vektörünün hesaplanması işlemidir. Bağıl konum belirleme yönteminde, referans noktası ile koordinatı hesaplanacak noktalarda fark denklemlerinin oluşturulabilmesi için, eş zamanlı gözlemlerin yapılması esastır (Konak ve ark. 1999).

3.2.1.Bir kez fark alınmış (single difference) gözlem denklemleri

Bir kez fark alınmış gözlem denklemlerini oluşturabilmek için, iki farklı alıcı noktasından aynı uyduya yapılan eş zamanlı gözlemler kullanılmaktadır.

(38)

3.2.2.İki kez fark alınmış (double difference) gözlem denklemleri

İki kez fark alınmış gözlem denklemlerini oluşturabilmek için, iki farklı alıcı noktasından iki uyduya yapılan eş zamanlı gözlemler kullanılmaktadır. İkili farklar kısaca, iki tekli farkın farkı olarak tanımlanabilir.

3.2.3.Üç kez fark alınmış (triple difference) gözlem denklemleri

Bir kez fark alma ile iki kez fark alma işlemlerinde, sadece bir epokta ele alınmaktadır. Üçlü fark kısaca, iki farklı epokta oluşturulan iki ikili fark arasındaki fark olarak tanımlanabilir. Üçlü kez fark alınmış gözlem denklemlerinin oluşturulmasındaki temel amaç taşıyıcı dalga faz başlangıcı belirsizliğinin (Ambiguity) giderilmesidir.

3.3.GPS Ölçü Teknikleri

3.3.1. Statik konum belirleme yöntemi

Klasik haritacılıkta, çalışılan sahada tesis edilecek nirengi noktalarının mümkün olduğunca hassas olması istenir. GPS tekniği kullanılarak bir proje bölgesinde konumu belirlenecek ve o ağın ilk noktalarını oluşturacak noktalar Statik GPS yöntemi ile ölçülmektedir. Statik ölçü yapılan noktalarda bir ila birkaç saat süre içerisinde görünür uyduların tümü gözlemlenmektedir. Uzun süreli gözlem yapılmasının nedeni fazla ölçü miktarı değil uydu alıcı geometrisindeki değişim nedeniyle daha hassas sonuçlar elde edilebilmesidir. Konumu belirlenecek noktalar arasında baz vektörlerinin bulunabilmesi için, gözlem yapan alıcılar tarafından ortak uydulardan eşzamanlı sinyal toplanmaktadır. Bu yaklaşım sayesinde uydu, alıcı saatlerinin ve atmosferik belirsizliklerin etkilerini (genellikle sistematik) çok küçük mertebelere indirmek ve sonuçta her türlü baz uzunluğunda 0.1-10 ppm ( yani 10-7 - 10-5) civarında duyarlıkları rutin olarak elde etmek olanaklıdır. Hatta hassas efemeris, güçlü yazılımlar ve atmosferik ölçülerin ( buhar basıncı dahil ) kullanımı ile 0.01 ppm (yani 100 km'de 1mm duyarlık ) seviyesinde duyarlık elde etmekte olanaklıdır (Eren ve Uzel 1995). Ölçü için

(39)

geçen zaman, ortak uydu sayısına, noktalar arasındaki baz uzunluğuna ve uydu geometrisi gibi etkenlere bağlı olarak değişmektedir.

3.3.2. Hızlı statik konum belirleme yöntemi

Hızlı statik yöntem, temelde statik ölçü yöntemi ile aynı özellikleri taşımaktadır. Daha kısa gözlem aralıkları ile baz vektörleri çözülerek duyarlı koordinatlar üretilebilmektedir. Mühendislik projelerinde de yeterli konum doğruluğunu sağlamak üzere arazide harcanan zamanın minimuma indirilmesi arzu edilir.

Hızlı statik ölçü yönteminde bir alıcı referans olarak seçilen ve daha önceden koordinatları hassas olarak bilinen bir nokta üzerinde sürekli gözlem yaparken, ikinci alıcı koordinatı belirlenecek noktalarda dolaştırılarak referans alıcısı ile eşzamanlı ölçü toplamaktadır. Yeterli veri toplanmasından sonra yeni noktaya ilerlerken alıcı kapalı tutulmaktadır. Dolayısıyla bu sırada oluşacak sinyal kesintileri önlenmiş olmaktadır. Referans alıcısı ile koordinatları belirlenecek her bir nokta arasında ayrı ayrı baz vektörleri elde edilerek değerlendirme (process) işlemi sonucunda baz vektörlerinin çözümü sağlanmaktadır. Hızlı statik ölçüde statik yönteme göre nokta başında bekleme süresi çok kısa olabilmektedir. Uygulamada alıcı tipi, baz uzunluğu, uydu sayısı ve uydu dağılımına bağlı olarak yeterli bekleme süresi 5–20 dakika arasında değişmektedir. Genellikle çift frekanslı alıcılar ve taşıyıcı faz ölçülerinden yararlanılmaktadır. Tek frekanslı alıcıların kullanılması halinde tam sayı belirsizliklerinin çözümü için nokta üzerinde bekleme süresi de artmaktadır.

Hızlı statik ölçü yönteminde kullanılan bir diğer teknik, ölçü süreci tamamlanmadan aynı noktalar üzerinde birkaç saat sonra ikinci kez gözlem yapılarak sonuca gidilmesidir. Referans noktasındaki alıcı sabit konumda veri toplarken, gezici alıcı her noktada 5 dakika civarında bir süreyle gözlem yapar ve yaklaşık birkaç saat sonrada aynı noktalarda tekrar gözlem yapılmaktadır. Noktadan noktaya ulaşım esnasında gezici alıcının açık tutulması ve uyduların izlenmesi zorunluluğu yoktur. Bu ölçü tekniği ile aynı noktanın tekrar ölçümü sırasında farklı uydu geometrisinden elde

(40)

edilen verileri değerlendirmeye esas almaktır. Bu yöntem Tekrarlı GPS, Pseudostatic, Pseudokinematic , Broken Static gibi isimlerle adlandırılmasına rağmen sistem bir tür hızlı statik yöntemidir.

3.3.3. Kinematik konum belirleme yöntemi

Daha kısa süreli gözlemlerle, detay noktası duyarlığında koordinat üretilmesinde tercih edilir. Kinematik konum belirleme yönteminde, diğer yöntemlerde olduğu gibi alıcılardan biri sabit olarak koordinatı bilinen bir referans noktasında sürekli gözlem yapmakta; ikinci alıcı ise hareket halinde de açık kalmak koşuluyla, koordinat verilecek noktalara uğrayarak daha kısa süreli örneğin birkaç epokluk ve referans alıcısı ile eşzamanlı gözlemler yapmaktadır. Kinematik ölçü temelindeki düşünce başlangıçta bir kez belirlenen tam sayı belirsizlik değerinin (integer ambiguities) ölçü boyunca yeni noktalara taşınmasıdır.

Referans noktasına sabit alıcı yerleştirildikten sonra ilk tam sayı faz belirsizlik değerinin (initial phase ambiguity) ölçüye başlamadan önce çözülerek diğer noktalara taşınabilmesi (initialization) için bir takım teknikler geliştirilmiştir. Bundan sonraki noktalarda yapılacak ölçüler doğrudan veri toplanmasına ilişkindir. Referans alıcısı ile eşzamanlı gözlemler yapılmakta ve her iki alıcıda da ölçü süresince izlenebilen ve geometrik olarak güçlü bir konfügürasyona sahip en az 4 uyduya bağlantı kurulmalıdır. Faz sıçramaları ya da sinyal kesintileri (binalar, ağaçlar v.b.) nedeniyle gezici alıcıda uydu sayısı 4 'ün altına inerse işleme en son ölçülen noktadan devam edilmesi zorunluluğu vardır. Referans alıcısındaki uydu sayısı sürekli kontrol altında tutulur. İlk noktadaki tam sayı faz belirsizlik değerinin çözülebilmesi ve sonrasında diğer noktalara nakledilebilmesi için, statik ölçü yapılarak başlangıç bazının tayin edilmesi, önceden bilinen bir baz üzerinde kısa gözlem yapılması (Known baseline), antenlerin değiş tokuş edilmesi (Antenna swapping) metotlarından birisi kullanılmaktadır.

Birinci yöntemde ölçüye başlanılmadan önce referans alıcısı ile gezici alıcı arasında, baz vektörünün gereken duyarlıkta belirlenebilmesi için statik ya da hızlı statik

(41)

ölçü yapılmaktadır. Faz belirsizliğinin çözülmesinden sonra gezici alıcı kapatılmadan yeni noktalara doğru hareket edilir, bu sırada uydu bağlantısının kesilmemesi gerekir.

İkinci yöntemde daha önceden üç boyutlu kartezyen koordinat bileşenleri ( X, Y, Z) birkaç cm ile bilinen baz vektörüne ihtiyaç vardır. Yöntem hızlıdır. Bazın bir ucuna referans alıcısı diğer ucuna da gezici alıcı kurulur. Birkaç dakikalık kısa bir ölçü alınır ve başlangıçtaki tam sayı faz belirsizliği bulunduktan sonra (initialization), referans noktasında sabit alıcı gözlem yapmaya devam eder; gezici alıcı ise kapatılmadan diğer noktalara hareket ederek ölçü toplamaya başlar.

Uygulamadaki amacına göre kinematik ölçü metoduna ilişkin farklı teknikler geliştirilmiştir. Bunları aşağıdaki gibi sınıflandırabiliriz:

3.3.3.1. Dur ve git yöntemi ( Stop and go method)

Tekniğin diğer adı Yarı Kinematik (Semi Kinematic Method) ölçü yöntemidir. Statik ölçü ile kinematik ölçü arasında yer almaktadır. Referans alıcısı koordinatı bilinen sabit noktada kalır. Gezici alıcının kurulduğu noktada yukarıda anlatılan yöntemlerden biri ile ilk tam sayı faz belirsizliği çözüldükten sonra, tespit edilen belirsizlik değeri, ölçülecek noktalara taşınmak üzere alıcı açık konumda sinyal toplamaya devam ederek harekete geçer. Alıcının taşınması sırasında dikkat edilmesi gereken husus sinyal kesintisi olmamasıdır. Varılan her noktada durularak, yaklaşık 1 dakikalık veri toplanıp kaydedilir ve bir sonraki noktaya ilerlenir. Gezici alıcının veri toplaması sırasında uydudan gönderilen sinyallerde kesinti olursa, önceden belirlenmiş olan tam sayı belirsizinin yeniden tespit edilmesi zorunluluğu doğmaktadır. Bunun için koordinatı bilinen bir önceki noktaya gidilir ya da yeni noktada ölçü yapılarak başlangıç faz belirsizliğinin çözülmesi gerekmektedir. Yeni noktada belisizlik çözümü için harcanan süre daha uzundur. Gözlem yapılan noktalarda kaydedilen veriler büroda uygun yazılımlar kullanılarak değerlendirilir (post process) ve noktalara ilişkin duyarlı koordinatlar hesaplanır.

(42)

Dur ve Git Yöntemi kullanılarak detay noktaları, noktalar arası görüş zorunluluğu olmadan klasik sisteme göre daha kısa zamanda ve istenen duyarlıkta ölçülebilmektedir. Yöntem çeşitli engellerden dolayı sinyal kesintisinin olmayacağı açık arazilerde kullanışlı ve hızlıdır.

3.3.3.2. Sürekli kinematik ölçü yöntemi ( continous kinematic method)

Yöntemde, kinematik ölçü başlangıcındaki faz belirsizliğinin (initial phase) tespit edilmesinin ardından açık konumda ve sinyal bağlantıları korunur vaziyette diğer noktalara hareket etmeye başlayan gezici alıcıda sürekli veri toplanarak ilerlediği yol boyunca konumu belirlenmektedir. Belirli bir güzergâhın örneğin herhangi bir karayolu ya da güzergâhın konumunun belirlenmesi gibi bazı özel uygulamalarda kullanışlı bir yöntemdir.

Faz belirsizliklerinin durağan ya da sabit konumda çözülerek ölçüye başlanması tekniğinden (static initialization) bağımsız olarak, alıcının hareketi boyunca faz kayıklıklarını (cycle slip) giderecek ya da belirsizlikleri çözecek kapasitede tekniklere ihtiyaç vardır. Bu teknikler, hareket halinde (on the run) ya da havada (on the fly) belirsizlik çözümü olarak verilmektedir (Seeber 1993).

Seeber'e (1993) göre yöntem, Yalın Kinematik (Pure Kinematik) olarak tanımlanmış ve 10 cm altında bir doğruluğa sahip olduğu; uygun koşullar altında (uydu dağılımı, düşük gürültülü alıcılar ve sinyal yansıma etkisinin olmadığı durumda) bir kaç cm duyarlığa ulaşılabileceği belirtilmektedir.

3.3.3.3. Gerçek zamanda kinematik ölçü yöntemi ( real time kinematic method)

Bu yöntemde diğer kinematik ölçü tekniklerinden farklı olarak, nokta koordinatlarının elde edilebilmesi için ölçü sırasında toplanan verilerin sonradan değerlendirilmesine (post processing) gerek yoktur. Arazide gözlem yapılan noktalarda koordinat değerleri anında (real time) hesaplanıp ekranda görülebilmektedir. Gerçek zamanda kinematik ölçü sisteminde, alıcı donanımlarına radyo modem cihazları dâhil

(43)

edilmektedir. Radyo modem cihazları ile referans ve gezici alıcı arasında sürekli veri akışı sağlanmaktadır. Koordinatları duyarlı bir şekilde bilinen sabit nokta üzerine referans alıcısı yerleştirilir. Referans noktasında toplanan veriler ve hesaplanan düzeltmeler bir radyo modem aracılığıyla geziciye aktarılır ve gezici ölçülerle beraber değerlendirilir (Gökalp ve Güngör 2001). İstasyona ait koordinat değerleri ile toplanan ham veriler (raw data) radyo modem aracılığı ile gezici alıcıya aktarılmaktadır. Gelen bilgiler gezici alıcıda mevcut radyo modem cihazı ile alınır ve burada toplanan verilerle birleştirilerek hesaba katılır. Oluşturulan baz vektörleri alıcı içindeki yazılımla çok kısa bir sürede arazide çözülerek durulan noktanın koordinatları hesaplanmaktadır. Gezici alıcıda görüntülenen ve kaydedilen koordinatlar referans istasyonuna bağlı olacaktır. Lokal bir koordinat sisteminde çalışılıyor ise lokal sistemle GPS ölçümünde kullanılan WGS 84 koordinat sistemi arasında daha önceden alıcıya yüklenmiş dönüşüm parametreleri kullanılarak, gözlem yapılan noktaların lokal sistemdeki koordinatları anında hesaplanmış olmaktadır.

Radyo modemin gücüne bağlı olarak yayın yapılan referans noktasından ancak belirli bir mesafeye kadar örneğin 10–15 km. uzaklaşılabilmektedir. Radyo modem cihazı ile yapılan yayının gezici alıcıya ulaşabilmesi için alıcıların birbirini görmesine gerek yoktur. Bununla birlikte çok sık dağlık tepelik arazi ya da yoğun bitki örtüsü veya herhangi bir engelden dolayı iletilen veri akışında kopukluk olursa, referans alıcısına ait bilgiler geziciye aktarılamadığı için anında koordinat belirlemek mümkün olmayacaktır.

Gerçek Zaman Kinematik uygulamaları ile rahat ve hızlı bir şekilde detay alımı, aplikasyon hatta bazı özel ölçme tekniklerine imkân tanınmaktadır. Yöntem, ölçü sonrasında büroda hesap gerektirmemesi, hızlı bir şekilde anında koordinat üretilebilmesi, nokta aplikasyonuna olanak vermesi yönünden pratik bir metot olmasına rağmen, diğer yöntemlerde olduğu gibi uydu bağlantısı kesilerek başlangıçtaki faz belirsizliğinin kaybolması dezavantaj olarak görülmektedir. Radyo modemler arasındaki irtibatın herhangi bir engelden dolayı koparak veri akışının kesintiye uğraması, güçlü cihazların kullanılmasıyla ortadan kalkmaktadır.

(44)

3.3.3.4. Diferansiyel GPS (Differential GPS, DGPS)

Diferansiyel GPS Yönteminin esası kod ölçülerine dayanmaktadır. GPS uygulamalarında çok duyarlı konum belirlenmesine ihtiyaç duyulmaması halinde kod ölçülerinden yararlanılarak koordinatı bilinen sabit noktaya göre gezici alıcının koordinatları belirlenmektedir. Toplanan eşzamanlı kod ölçülerinin değerlendirilmesiyle ancak bir kaç m. konum duyarlığı elde edilebilmektedir. Diferansiyel GPS uygulaması ile biri sabit ve diğeri gezici olmak üzere 2 alıcı kullanılarak bir saatlik sürede aracın hızına bağlı olarak 150 km' ye varan bir güzergahı 2–5 metre duyarlıkta haritasının yapılması olasıdır (Eren ve Uzel 1995). Jeodezik amaçlı uygulamalar için yeterli konum duyarlığına sahip olmamakla beraber, navigasyon, denizcilik ve yüksek duyarlık gerektirmeyen metre bazındaki diğer uygulamalarda geniş çapta kullanılmaktadır.

(45)

4.GPS ÖLÇÜLERİNİ ETKİLEYEN HATA KAYNAKLARI

GPS sisteminin her ne kadar bugüne kadar geliştirilmiş en yüksek doğruluklu bir konum belirleme sistemi olmasına rağmen, bu sistemin de hassasiyetini etkileyen düzenli ve düzensiz hatalar vardır. GPS ile konum belirleme yönteminde; uydu efemeris hataları, uydu saati hataları, iyonosferik etki, troposferik etki, sinyal yansıma (Mulipath) etkisi, anten faz merkezi hataları, taşıyıcı dalga faz belirsizliği (Ambiguity) ve taşıyıcı dalga faz kesiklik (Cycle Slip) hataları uydu ile alıcı arasındaki mesafenin belirlenmesinde etkili olan temel hata kaynaklarıdır.

4.1.Uydu Efemeris Hataları

GPS Navigasyon dosyası içerisinde yayınlanan uydu konum bilgilerinin doğruluğunun düşük olduğu durumlarda karşılaşılan hatadır. Bu hata modellendirilmesi zor olan bir hatadır. Efemeris hatası, uydu konumlarının kestirilmesinin bir sonucu olduğu için, bu hatanın büyüklüğü Kontrol Bölümü tarafından uydulara yapılan en son yükleme tarihinden uzaklaştıkça artacaktır.

Kısa mesafeler için efemeris hatasının etkisinin az olmasına karşın, baz uzunluklarının arttığı ve yüksek doğruluk gerektiren jeodezik çalışmalarda önemli etkilerde bulunmaktadır.

Pratik amaçlı jeodezik konum belirleme çalışmaları için yayın efemerisi (broadcast ephemeris) yeterlidir. Daha hassas sonuç gerektiren çalışmalarda ise hassas efemeris (precise ephemeris) kullanılmalıdır. Hassas efemeris, dünya yüzeyine dağılmış çok sayıda istasyondan elde edilen uydu verilerinin değerlendirilmesi ile elde edilmiş sonuçlar olup, SP3 formatında internetten ulaşılabilmektedir.

(46)

4.2.Uydu Saati Hataları

GPS ile konum belirleme yönteminin temelini zaman ölçümü oluşturmaktadır. Uydu saati hatası kontrol bölümü tarafından sürekli izlenerek, yayın efemerisi saat düzeltmeleri günlük olarak Navigasyon mesajının bir bölümü olarak yüklenmektedir. Uydu saat hataları çok duyarlı atomik saatler kullanılarak ya da farklı gözlemler oluşturularak giderilebilmektedir.

4.3.İyonosfere Bağlı Hatalar

İyonosfer tabakası, iyonlaşmış hava moleküllerinin bulunduğu ve elektrik iletkenliğinin oluştuğu atmosfer bölgesidir. İyonlaşma ve serbest elektron sayısı, güneş ışığıyla doğru orantılı olarak artmaktadır. Dolayısıyla, iyonosfer tabakasının etkisi gündüz saatlerinde geceye oranla daha fazladır (Delikaraoglu 1989).

İyonosferin elektromanyetik dalgalar üzerindeki etkisi Toplam Elektron Yoğunluğu (TEC) ile ifade edilmektedir. TEC, uydu ile alıcı arasındaki sinyal yolu boyunca m2 deki toplam elektron sayısı olarak ifade edilmektedir. İyonosferin, kod ve faz ölçülerine farklı etki etmektedir. İyonosfer etkisi kod ölçüleri için grup gecikme etkisi gösterirken, faz ölçüsü için faz hızlanması etkisi gösterir. İyonosferik etki, sinyal frekansına bağlıdır. Bu bağımlılık nedeniyle, çift frekanslı alıcılar kullanıp, uygun frekans kombinasyonları kullanılarak iyonosferik etki büyük oranda giderilebilmektedir (Kahveci 1994).

4.4.Troposfere Bağlı Hatalar

İyonosferden geçen sinyaller sırasıyla mezosfer, stratosfer ve troposfer tabakalarından ilerlerler (Şekil 4.1). Troposfer tabakasında ki GPS sinyallerinin yayılması frekansa bağımlı olmadığından, troposferin etkisi faz ve kod ölçülerine olan etkisi aynı büyüklüktedir. Dolayısıyla, iyonosfer etkisinde olduğu gibi çift frekanslı alıcıların kullanılması, troposferin etkisini gidermemektedir.

(47)

Troposferik gecikme ısı, basınç ve su buharının bir fonksiyonu olarak ifade edilir (Kahveci 1996). Troposfer, kuru hava ve su buharı olmak üzere, iki ideal gaz karışımından oluşmaktadır. Kuru hava, atmosferdeki gaz yoğunluğuna, gaz dağılımındaki değişimlere bağlı olup, toplam atmosferik gecikmenin %90'ına neden olur. Ölçü noktasında ölçülen basınç sıcaklık ve nem ile zenit doğrultusunda %2 hata ile modellendirilebilir. Alıcı ile uydu arasındaki, sinyal yolu boyunca, mevcut su buharı bileşeninin modellendirilmesi, su buharının yere ve zamana göre hızla değişim göstermesi nedeniyle çok daha zordur. Su buharı bileşeni nedeniyle, gecikme orta enlemlerde, 5–30 cm olup, 2–5 cm duyarlıkla belirlenebilir. Troposfer kaynaklı hatalar, %92 oranında uygun troposfer modeli (Saastamonien ve Hoppfield) kullanmak suretiyle azaltılabilmektedir (Kınık 1999).

Şekil 4.1 : Atmosfer Tabakaları

4.5.Sinyal Yansıması (Multipath) Etkisi

GPS alıcıları ile birlikte kullanılan antenlerin hemen hepsi her yönden gelen uydu sinyallerini alabilme özelliğine sahiptir. Sinyal Yansıması hatası, uydulardan yayınlanan sinyallerin yeryüzünde herhangi bir noktada kurulu olan antene bir veya daha

(48)

fazla sayıda yol izleyerek ve esas sinyale karışarak ulaşmasına denir. Sinyal yansıma hatası her ölçü noktasında farklı geometri ve çevre koşullarına bağlı olacağından, düzensiz bir hata kaynağıdır. Alıcı anteninin çevresinde yansıtıcı yüzeyler, vericiler gibi sinyal yansıma hatası oluşabilecek noktalar mümkün olduğunca seçilmemelidir.

4.6.Alıcı Anteni Faz Merkezi Hatası

GPS alıcı antenlerinin faz merkezleri sinyallerin antene ulaştığı nokta olup bu nokta geometrik faz merkezinden farklıdır. Uydu sinyallerinin azimut ve yükseklik açısına bağlı olarak jeodezik antenlerin faz merkezlerinde küçük farklılıklar vardır. Bu değişimler L1 ve L2 için farklıdır. Üretici firmaların laboratuar koşullarında belirlediği geometrik faz merkezlerinden de farklıdır. Anten faz merkezi değişimleri 1–2 mm ile 1–2 cm arasında olabilir bu sebeple yüksek hassasiyet gerektiren çalışmalarda bu değişimlerin dikkate alınması mutlak gereklidir.

Anten faz merkezi değişimleri yatayda genellikle fiziksel merkez ile aynı olup, değişimler fiziksel merkezden, düşey yönde yüksek miktarları bulmaktadır. Bu sebeple farklı alıcı ve anten kullanılan karma ölçü kampanyalarında, anten fiziksel merkezinin iyi derecede bilinmesi ve kullanıcıların anten yüksekliklerini mm duyarlığında ölçmeleri çok önemlidir.

4.7.Selective Availability (SA)

Askeri güvenlik gerekçesiyle uyduların yüksek hassasiyetli verilerinin izin verilen kişi ve kurumlar hariç kısıtlamalar getirilmesi amaçlı bir faaliyettir. Bu faaliyet 25 Mart 1990 ile 1 Mayıs 2000 tarihleri arasında sürdürülmüştür.

4.8.Taşıyıcı Dalga Faz Belirsizliği

Başlangıç anı için uydu ile alıcı arasındaki taşıyıcı dalga fazının kaç tane tam dalga içerdiği bilinmemektedir. Bu bilinmeyene Taşıyıcı Dalga Faz Başlangıcı Belirsizliği (Initial Phase Ambiguity) ya da kısaca faz belirsizliği (Ambiguity) denir.

(49)

Uydudan gelen sinyallerde hiçbir ölçü kesikliği olmadığı sürece sadece faz başlangıcı belirsizliğinin giderilmesi gerekmektedir.

Başlangıç faz belirsizliği değerlerinin belirlenmesi genellikle iki aşamalı bir yöntemle gerçekleştirilmektedir.

Birinci aşamada, klasik dengeleme tekniği kullanılarak (Kalman Filtreleme, EKK, vs) koordinat, saat ve başlangıç faz belirsizliği parametreleri beraber hesaplanmaktadır. Bu sonuçlar, başlangıç faz belirsizliği parametrelerinin kesirli değerli tahminleri ve konum parametrelerinin ise belirli bir referans noktasına göre iyileştirilmiş tahminleridir.

İkinci aşama ise, kesirli değerli başlangıç faz belirsizliği tahminlerinin sabit tamsayı değerlere dönüştürülme adımıdır. Eğer bu başlangıç faz belirsizliği parametrelerini en yakın tamsayıya dönüştürme işlemi başardı ise, sabitleştiren bu tamsayı değerler bir sonraki dengelemeye bilinen değerler olarak sokulur. Bilinen başlangıç faz belirsizliği değerleri ile yapılan bu son dengeleme arzu edilen yüksek doğruluklu bağıl konumlamayı sağlar.

Kesirli değerli başlangıç faz belirsizliği parametrelerini en yakın tamsayıya sabitleme işlemi için birçok yöntem mevcuttur. Bunların en yaygın olanları, gerçek değerli başlangıç faz belirsizliği parametrelerini en yalan tamsayı değerine yuvarlatma yöntemi, hesaplanan bir standart sapmaya göre yuvarlatma yöntemi ve genel tarama yöntemidir.

4.9.Taşıyıcı Dalga Faz Kesikliği (cycle slip)

GPS gözlemi devam ederken uydu sinyallerinin alınmasında karşılaşılan problemler nedeniyle meydana gelen sinyal kesikliklerine faz kesiklikleri (cycle slip) denilmektedir. Faz kesikliğinin giderilmesi için, zamana bağımlı olarak uydu koordinatları ile gözlem istasyonlarının bilinen koordinatlarından faydalanılır (Altıner 1992). Eğer faz kesikliği sadece belirli uydularda ise ilgili uydu yada faz kesikliğinin